Nowe badanie przeprowadzone przez Stanford Medicine sugeruje, że zaskakująco ważną rolę w zdolności starzejącego się mózgu do produkcji nowych neuronów odgrywa zwykła glukoza; banalny cukier.
Wraz z wiekiem nasze mózgi stają się mniej biegłe w wytwarzaniu nowych neuronów, w procesie znanym jako neurogeneza. Spadek ich liczby może mieć daleko idące konsekwencje, przyczyniając się do utraty pamięci, zmniejszenia funkcji poznawczych i potencjalnie zaostrzając choroby neurodegeneracyjne, takie jak choroba Alzheimera i Parkinsona. Utrudnia również powrót do zdrowia po udarze i innych urazach mózgu.
Jednak nowe badania, prowadzone przez dr Anne Brunet, profesor genetyki, dają nadzieję; rzucają bowiem światło na to, dlaczego neuronalne komórka macierzysta – prekursor nowych neuronów – staje się z wiekiem mniej aktywna. Korzystając z najnowocześniejszej technologii CRISPR, dr Brunet i jej zespół przeprowadzili kompleksowe badania genetyczne w celu zidentyfikowania genów, które po zahamowaniu mogłyby reaktywować uśpione neuronalne komórki macierzyste u starzejących się myszy. Wśród 300 genów, które odkryli, jeden się wyróżniał: Slc2a4, top gen, który koduje białko transportujące glukozę GLUT4.
„Najpierw znaleźliśmy 300 genów, które miały taką zdolność – a to już bardzo dużo.” – wyjaśnia Brunet – Naszą uwagę przykuł szczególnie jeden z nich. Był to gen dla transportera glukozy znanego jako białko GLUT4, co sugeruje, że podwyższony poziom glukozy w starych nerwowych komórkach macierzystych i wokół nich może utrzymywać te komórki w stanie nieaktywnym”.
Aby potwierdzić swoje odkrycia na żywych zwierzętach, naukowcy opracowali innowacyjną technikę badań przesiewowych in vivo. Wstrzyknęli wirusy niosące instrukcje genetyczne, aby znokautować określone geny do strefy podkomorowej starzejących się mózgów myszy – obszaru bogatego w neuronalne komórki macierzyste.
Po pięciu tygodniach zbadali opuszkę węchową, gdzie zwykle migrują nowo wygenerowane neurony. Wyniki, opublikowane w czasopiśmie Nature, były dramatyczne. Wyeliminowanie genu Slc2a4 doprowadziło do ponad dwukrotnego wzrostu produkcji nowych neuronów w opuszkach węchowych starych myszy. Temu wzrostowi neurogenezy towarzyszył wzrost zarówno spokojnych, jak i aktywowanych neuronalnych komórek macierzystych w strefie podkomorowej, co wskazuje, że leczenie stymulowało samą populację komórek macierzystych.
Wśród 300 odkrytych przez naukowców genów, jeden się wyróżniał: Slc2a4, gen który koduje białko transportujące glukozę GLUT4. (© vegefox.com – stock.adobe.com) Dalsze badania wykazały, że neuronalne komórki macierzyste starszych myszy pobierają około dwa razy więcej glukozy niż te pochodzące od młodych myszy. Ten zwiększony pobór glukozy wydaje się popychać komórki macierzyste w stan uśpienia. Poprzez wyeliminowanie Slc2a4 i zmniejszenie napływu glukozy, starzejące się komórki macierzyste stały się bardziej skłonne do aktywacji i produkcji nowych neuronów.
„Pozwala nam to obserwować trzy kluczowe funkcje neuronalnych komórek macierzystych. Po pierwsze, możemy stwierdzić, że się namnażają. Po drugie, widzimy, że migrują do opuszki węchowej, gdzie powinny się znajdować. Po trzecie, widzimy, że tworzą nowe neurony w tym miejscu”, wyjaśnia dr Tyson Ruetz, główny autor badania i były doktorant w laboratorium Brunet, w komunikacie dla mediów. Połączenie transportera glukozy otwiera ekscytujące możliwości dla przyszłych interwencji.
Brunet opisał to jako „odkrycie dające nadzieję”, sugerując, że może ono prowadzić do rozwoju terapii farmaceutycznych lub genetycznych w celu stymulowania wzrostu nowych neuronów w starzejących się lub uszkodzonych mózgach. Być może jeszcze bardziej intrygujące jest to, że rodzi ono możliwość prostszych interwencji behawioralnych, takich jak dieta niskowęglowodanowa, które mogą dostosować ilość glukozy pobieranej przez stare neuronalne komórki macierzyste.
Chociaż badania te stanowią znaczący krok naprzód w naszym rozumieniu starzenia się i regeneracji mózgu, ważne jest, aby pamiętać, że zostały one przeprowadzone na myszach. Konieczne są więc dalsze badania, aby ustalić, czy wyniki te przekładają się na ludzi i zbadać długoterminowe skutki i potencjalne skutki uboczne manipulowania wychwytem glukozy w neuronalnych komórkach macierzystych. Niemniej jednak, badanie to stanowi obiecujący nowy kierunek w odniesieniu do związanego z wiekiem spadku zdolności poznawczych i potencjalnego leczenia chorób neurodegeneracyjnych.
Identyfikując GLUT4 i inne kluczowe regulatory starzenia się neuronalnych komórek macierzystych, naukowcy mają teraz obiecujące nowe cele do opracowania terapii odmładzających starzejący się mózg.
Podsumowanie artykułu
Metodologia
Naukowcy wykorzystali w badaniach technologię edycji genów CRISPR-Cas9 do systematycznego znokautowania[1] ponad 20 000 genów w hodowanych neuronalnych komórkach macierzystych młodych i starych myszy. Następnie ocenili, które nokauty genów zwiększyły zdolność komórek macierzystych do aktywacji i podziału. Aby przetestować najbardziej obiecujących kandydatów na geny w żywych mózgach myszy, opracowali nowatorską technikę badań przesiewowych in vivo. Polegała ona na wstrzyknięciu wirusów niosących komponenty CRISPR w celu znokautowania określonych genów w strefie podkomorowej mózgów starzejących się myszy. Pięć tygodni później zbadali opuszkę węchową, aby określić ilościowo nowo wygenerowane neurony zawierające nokauty genetyczne.
Kluczowe wyniki
W badaniach in vitro zidentyfikowano ponad 300 genów, które po zahamowaniu zwiększały aktywację starzejących się neuronalnych komórek macierzystych. Badanie in vivo potwierdziło 24 z tych genów, przy czym Slc2a4 konsekwentnie pojawiał się jako główny hit. Zablokowanie Slc2a4 w mózgach starych myszy zwiększyło produkcję nowych neuronów w opuszce węchowej ponad dwukrotnie. Zwiększyło to również liczbę zarówno spokojnych, jak i aktywowanych neuronalnych komórek macierzystych w strefie podkomorowej.
Dalsze eksperymenty wykazały, że starzejące się neuronalne komórki macierzyste pobierają około dwa razy więcej glukozy niż młode komórki i że ten podwyższony pobór glukozy wydaje się promować stan spoczynku.
Ograniczenia badania
Badanie zostało przeprowadzone na myszach, więc dopiero okaże się, czy wyniki przełożą się na ludzi. Naukowcy skupili się na strefie podkomorowej, ale nie jest jasne, czy podobne mechanizmy mają zastosowanie do innych regionów neurogennych, takich jak hipokamp[2]. Długoterminowe skutki i potencjalne skutki uboczne hamowania Slc2a4 nie zostały ocenione. Ponadto, chociaż podejście przesiewowe było skuteczne, mogło pominąć niektóre ważne geny.
Dyskusja i wnioski
Niniejsze badanie dostarcza mocnych dowodów na to, że podwyższony wychwyt glukozy przyczynia się do spadku funkcji neuronalnych komórek macierzystych podczas starzenia. Identyfikując GLUT4 jako kluczowy regulator tego procesu, naukowcy odkryli obiecujący nowy cel dla potencjalnych terapii mających na celu zwiększenie neurogenezy w starzejących się mózgach. Fakt, że krótkotrwały głód glukozy może aktywować starzejące się komórki macierzyste sugeruje, że interwencje dietetyczne mogą stanowić nieinwazyjny sposób na zwiększenie neurogenezy. Potrzeba jednak znacznie więcej badań, aby ustalić, czy modulowanie wychwytu glukozy w neuronalnych komórkach macierzystych może bezpiecznie i skutecznie poprawić funkcje poznawcze lub leczyć choroby neurodegeneracyjne u ludzi.
Badanie było wspierane przez granty z National Institutes of Health (granty P01AG036695 i R01AG056290), Stanford Brain Rejuvenation Project i Larry L. Hillblom Foundation Postdoctoral Fellowship.
Tyson Ruetz, główny autor, jest obecnie doradcą naukowym i współzałożycielem ReneuBio. AD Share: Pin Facebook Tweet Yummly Email O StudyFinds Personel StudyFinds stara się znaleźć nowe badania, które przemawiają do masowej publiczności – bez całego naukowego żargonu. Historie, które publikujemy, są strawnymi, podsumowanymi wersjami badań, które mają na celu poinformowanie czytelnika, a także wywołanie obywatelskiej, wykształconej debaty.
Artykuły StudyFinds Staff są wspomagane przez sztuczną inteligencję, ale zawsze dokładnie sprawdzane i edytowane przez pracownika Study Finds. Przeczytaj naszą Politykę AI, aby uzyskać więcej informacji. Przeczytaj więcej o StudyFinds Nasz proces redakcyjny StudyFinds publikuje strawne, wolne od agendy, przejrzyste podsumowania badań, które mają na celu poinformowanie czytelnika, a także wywołanie cywilnej, wykształconej debaty.
Nie zgadzamy się ani nie zaprzeczamy żadnemu z publikowanych przez nas badań, a raczej zachęcamy naszych czytelników do samodzielnej debaty na temat prawdziwości wyników. Wszystkie artykuły publikowane na StudyFinds są weryfikowane przez naszych redaktorów przed publikacją i zawierają linki do źródła lub odpowiedniego artykułu w czasopiśmie, jeśli to możliwe.
[1] Nokautowanie genów (ang. gene knockout) to technika genetyczna polegająca na wyłączeniu (inaktywacji) konkretnego genu w organizmie w celu zbadania jego funkcji. W wyniku nokautowania gen staje się nieaktywny, co pozwala naukowcom obserwować skutki jego braku i lepiej zrozumieć jego rolę w organizmie.
[2] Hipokamp to struktura w mózgu, która odgrywa kluczową rolę w procesach związanych z pamięcią i orientacją przestrzenną. Jest częścią układu limbicznego, odpowiedzialnego za emocje, uczenie się i formowanie wspomnień. Hipokamp jest położony w dolnej części płata skroniowego i ma kształt przypominający konika morskiego, co wyjaśnia jego nazwę – słowo „hipokamp” pochodzi od greckiego słowa oznaczającego właśnie konika morskiego.
